新复合混沌序列密码算法在图像加密上研究

混沌加密已经成为了又一个新的研究领域。"新复合混沌序列密码算法在图像加密上研究"正是适应密码学新技术研究、适应经济发展与国防安全的时代需求而提出的。为了解决一维数字化混沌序列密码精度低、周期短及混沌特性退化问题,该研究使用Devaney混沌理论，我们设计两个新的一维混沌方程并给出严格的理论证明。利用两个一维混沌方程构造一个新的安全性更高的动态的复合混沌方程并给予证明，并且利用这个新的混沌方程设计基于混合系统的混沌伪随机序列发生器及通过动态切换混沌方程设计对位图像素值进行扩散与置乱的快速新图像加密方法。对设计的算法进行理论与实验验证及与其它加密算法进行详细对比分析，证明复合混沌加密算法能通过统计分析、序列随机性分析、熵分析、雪崩效应分析以及密钥与密文对明文敏感性分析，证明新的复合混沌序列密码能抵抗各种攻击，达到加密速度快、安全性高要求，能解决一维数字化混沌密码精度低不能抵抗选择明文攻击问题。

随着破译技术的提高，已有的传统加密方法被攻破和证明存在缺陷。由于计算机精度的限制使得一维混沌周期短，采用一维混沌系统进行加密，攻击者获取大量的迭代值后能获得需要的一切信息。. 为了解决计算机有限精度下带来的数字化混沌周期短的缺陷，本项目基于实数域提出了几个新一维混沌方程，并对新混沌方程基于Devaney定义进行了混沌性、随机性、相关性等一系列理论复杂性证明。通过Lyapunov指数、近似熵、测度熵、信息熵等数据验证了新混沌方程复杂度高、安全性好。. 将设计的新一维混沌方程复合，基于实数中间截取法、取模法和空间映射法，设计了基于复合混沌序列的伪随机序列发生器。证明了设计的密钥伪随机序列通过了 FIPS 140-2和NIST SP 800-22的随机性测试。设计了基于复合混沌的扩散与置乱加密方法，并将该方法在图像加密、无线传感器网络加密和网络蠕虫非线性模型建立上进行了应用研究。. 本课题创新点在于构造新的几个一维混沌方程并进行复合混沌设计，并从理论上进行了证明，证明了其混沌性和随机性。同时复合混沌与线性反馈移位寄存器进行级联，设计了新伪随机序列发生器，扩大了数字化混沌的周期。设计了基于2D CAT和3D Baker映射等图像置乱方法，设计了基于扰动的具有密文对密钥和明文敏感性的反馈加密方法。基于Feistel结构设计在函数F中加入了基于混合混沌算法，在函数F中加入了S盒技术，使得函数F的非线性行为更加复杂而难以预测。证明了该方法能够抵抗选择明文攻击，通过了统计分析测试、NIST SP 800-22等随机性测试，而且加密速度快、安全且资源消耗低，具有很高的安全性，适合在图像加密和无线传感器网络中信息加密应用。. 通过本课题研究，提出了几种新的安全、高效的图像加密及WSN应用加密算法，通过充分理论与实验验证，证明新密码算法能抵抗常用攻击，加密速度快、安全性高、实用性强。它不但对研究混沌系统分析克服有限精度问题的理论有巨大帮助，同时更是网络与信息安全的客观要求。因此，本课题研究具有实际应用意义和理论科学研究价值。. 我们严格按照经费预算，合理利用资源。项目组在本基金资助期间标注受本基金资助文章共发表22篇，其中在SCI论文10篇，EI论文10篇，国内核心论文2篇，其它3篇为指导学生硕士毕业设计论文，1篇为主编该方向有关的教材。